CMS Inner Tracker

Für den Vorstoß in bisher nicht erreichte Energiebereiche, zum Beispiel auf der Suche nach dem im Standardmodell postulierten Higgs-Teilchen oder nach neuen Teilchen im Rahmen der Supersymmetrie, wurde am CERN, dem europäischen Forschungszentrum für Teilchenphysik, der Large Hadron Collider LHC gebaut. Der von der CMS - Kollaboration konzipierte Detektor für eines der Großexperimente ist besonders auf die genaue Vermessung und Identifizierung von Myonen, Elektronen und Photonen ausgelegt. Wechselwirkungsraten von 600 Millionen Kollisionen pro Sekunde stellen hohe technologische Anforderungen an die Detektorkomponenten und die Ausleseelektronik, ebenso wie an die Fähigkeiten der mathematischen Rekonstruktionsalgorithmen. 

1/4 des CMS Silizium Trackers

 

Neue Teilchen, die bei den Proton-Proton Kollisionen im Zentrum von CMS entstehen, sind größtenteils instabil und zerfallen schon nach sehr kurzer Zeit in eine Kaskade von leichteren, langlebigeren Teilchen. Aus diesem Grund befindet sich im Herzen von CMS der so genannte Inner Tracker, mit dem die Spuren entstandener geladener Teilchen genau bestimmt werden können. Er umschließt den Kollisionspunkt bis zu einem Radius von 1,23 m und besteht vollständig aus Silizium-Detektoren. Er ist unterteilt in einen Pixel- und einen Streifendetektor.


Der Silizium-Streifendetektor besteht aus 24.244 Silizium-Streifensensoren die eine Fläche von 206 m² abdecken. Die ca. 9,3 Millionen Auslesekanäle sind über Mikrobonds mit ca. 75.000 APV-Auslesechips verbunden. Dieser Detektor ist unterteilt in einen zylinderförmigen Barrel-Teil und in zwei Endkappen, um den Kollisionspunkt möglichst hermetisch zu umschließen.

 

Eine Tracker Endkappe.
Hälfte des Inner Barrels.
Ein Modul der Tracker Endkappe
Analoger Opto-Hybrid

Das HEPHY war an der Forschung und Entwicklung der Silizium-Streifensensoren, sowie der Detektormodule des CMS Trackers beteiligt. Die Qualitätssicherung der Sensoren wurde maßgeblich mitbestimmt und die Koordination des Modulbaus von ca. 6500 Modulen in 12 verschiedenen Geometrien für die Tracker Endkappen vollständig übernommen. Es wurden alle Ring 2 Module der Endkappen (ca. 700) im Haus hergestellt und getestet.

Zusätzlich wurde bei der Entwicklung und dem Bau der ca. 15.000 Analogen Optohybride für den Datentransport im Tracker mitgearbeitet.

Weiters wurde die Ausleseelektronik für die mehr als 65 Millionen Pixel des Silizium-Vertexdetektor entwickelt, gebaut und komplett getestet. Diese Elektronik, die im Bild rechts zu sehen ist, sammelt aufgrund einer Trigger-Entscheidung die gefundenen Hit-Daten und bildet einen Datenblock für das Datensammelsystem (DAQ).

Außerdem waren Mitarbeiter des Instituts auch an der Entwicklung von neuen Algorithmen für die Rekonstruktion von Teilchenspuren und Wechselwirkungspunkten beteiligt.